JPH1050562A - Structure of solid state electrolytic capacitor and manufacture thereof - Google Patents
Structure of solid state electrolytic capacitor and manufacture thereofInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、タンタル固体電解
コンデンサ等のような固体電解コンデンサの構造と、そ
の製造方法に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a structure of a solid electrolytic capacitor such as a tantalum solid electrolytic capacitor and a method of manufacturing the same.
【0002】[0002]
【従来の技術】一般に、この種の固体電解コンデンサ
は、従来から良く知られているように、タンタル等のよ
うな弁作用金属の粉末を固め成形したのち焼結すること
によって多孔質の陽極体を形成し、この陽極体を、りん
酸水溶液中で陽極酸化を行うことにより、当該陽極体に
おける各粉末の表面に、五酸化タンタル等のような金属
酸化物による誘電体層を形成し、次いで、前記陽極体
を、硝酸マンガン水溶液に浸漬して引き揚げて加熱する
ことを複数回にわたって繰り返すことで、前記誘電体層
の表面に二酸化マンガンによる固体電解質層を形成する
か、この固体電解質層を、有機半導体膜として化学重合
方法又は電解酸化重合方法或いは気相重合方法によって
形成し(特開昭50−160769号公報又は特開昭6
4−57709号公報等を参照)たのち、この固体電解
質層の表面に、陰極膜を形成すると言う構成にしてい
る。2. Description of the Related Art In general, a solid electrolytic capacitor of this type is formed by solidifying a valve metal powder such as tantalum or the like and then sintering the solid, as is well known in the art. The anode body is anodized in a phosphoric acid aqueous solution to form a dielectric layer of a metal oxide such as tantalum pentoxide on the surface of each powder in the anode body. The anode body is immersed in an aqueous solution of manganese nitrate, pulled up, and heated a plurality of times to form a solid electrolyte layer of manganese dioxide on the surface of the dielectric layer, or this solid electrolyte layer, An organic semiconductor film is formed by a chemical polymerization method, an electrolytic oxidation polymerization method, or a gas phase polymerization method (Japanese Patent Application Laid-Open Nos.
After that, a cathode film is formed on the surface of the solid electrolyte layer.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】一般に、この種の固体
電解コンデンサにおける静電容量は、陽極体における各
粉末の表面に形成した金属酸化物の誘電体層における比
誘電率に比例するものであるから、この誘電体層におけ
る比誘電率を高くするほど、当該固体電解コンデンサに
おける小型化、大容量化及び高耐圧化を図ることができ
る。In general, the capacitance of this type of solid electrolytic capacitor is proportional to the relative dielectric constant of the metal oxide dielectric layer formed on the surface of each powder in the anode body. Therefore, as the relative dielectric constant of the dielectric layer is increased, the size, capacity and breakdown voltage of the solid electrolytic capacitor can be increased.
【0004】しかし、従来における固体電解コンデンサ
は、前記したように、陽極体における弁作用金属の粉末
の表面に、五酸化タンタル等のような金属酸化物を形成
して、この金属酸化物を誘電体層とするものであって、
当該誘電体層における比誘電率は、弁作用金属の材質に
て決まることになるから、固体電解コンデンサの小型
化、大容量化及び高耐圧化には、一定の限界値が存在
し、換言すると、誘電体層における比誘電率が弁作用金
属の材質にて決まることが、固体電解コンデンサの小型
化、大容量化及び高耐圧化の大きな妨げになっていると
言う問題があった。However, in the conventional solid electrolytic capacitor, as described above, a metal oxide such as tantalum pentoxide is formed on the surface of the valve metal powder in the anode body, and this metal oxide is insulated. Body layer,
Since the relative dielectric constant of the dielectric layer is determined by the material of the valve metal, there is a certain limit in miniaturization, large capacity, and high withstand voltage of the solid electrolytic capacitor, in other words, In addition, there is a problem that the fact that the relative permittivity of the dielectric layer is determined by the material of the valve metal greatly hinders the miniaturization, large capacity, and high withstand voltage of the solid electrolytic capacitor.
【0005】本発明は、この問題を解消して、大幅な小
型化、大容量化及び高耐圧化を達成できるようにした固
体電解コンデンサの構造と、その製造方法を提供するこ
とを技術的課題とするものである。SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a structure of a solid electrolytic capacitor capable of achieving a large size reduction, a large capacity and a high withstand voltage by solving this problem, and a method of manufacturing the same. It is assumed that.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】この技術的課題を達成す
るため本発明における固体電解コンデンサは、「弁作用
金属の粉末に異種金属を加えて多孔質に構成した陽極体
と、この陽極体における粉末の表面に形成した金属酸化
物による誘電体層と、この誘電体層の表面に形成した固
体電解質層と、この固体電解質層の表面に形成した陰極
膜とから成る。」ことを特徴としている。In order to achieve this technical object, a solid electrolytic capacitor according to the present invention comprises a porous anode body formed by adding a different kind of metal to a powder of a valve action metal; It comprises a dielectric layer of a metal oxide formed on the surface of the powder, a solid electrolyte layer formed on the surface of the dielectric layer, and a cathode film formed on the surface of the solid electrolyte layer. " .
【0007】また、本発明における電解コンデンサの製
造方法は、「弁作用金属と異種金属との合金粉末を固め
成形したのち多孔質の陽極体に焼結する工程、表面に異
種金属の薄膜を形成した弁作用金属の粉末を固め成形し
たのち多孔質の陽極体に焼結する工程、弁作用金属の粉
末に異種金属の粉末を混合して固め成形したのち多孔質
の陽極体に焼結する工程、及び弁作用金属の粉末に異種
金属の酸化物の粉末を混合して固め成形したのち多孔質
の陽極体に焼結する工程のうちいずれか一つの工程を含
み、更に、前記陽極体における各粉末の表面に金属酸化
物による誘電体層を形成する工程と、この誘電体層の表
面に固体電解質層を形成する工程と、この電解質層に対
して陰極膜を形成する工程とを有する。」ことを特徴と
している。Further, the method for manufacturing an electrolytic capacitor according to the present invention comprises a step of solidifying an alloy powder of a valve metal and a dissimilar metal and then sintering it to a porous anode body, and forming a thin film of the dissimilar metal on the surface. Solidifying and molding a powdered valve action metal powder and then sintering it to a porous anode body, mixing the valve action metal powder with a dissimilar metal powder, solidifying and molding and then sintering the porous anode body And mixing the powder of the valve metal with the powder of the oxide of the dissimilar metal, compacting the mixture, and sintering the mixture into a porous anode body. It has a step of forming a dielectric layer of a metal oxide on the surface of the powder, a step of forming a solid electrolyte layer on the surface of the dielectric layer, and a step of forming a cathode film on the electrolyte layer. " It is characterized by:
【0008】[0008]
【作 用】このように、陽極体を、弁作用金属の粉末
に異種金属を加えて多孔質に構成することにより、この
陽極体における各粉末の表面に形成される弁作用金属の
酸化物である誘電体層には、前記異種金属の酸化物を含
むことになるから、前記誘電体層における比誘電率を、
従来のように、誘電体層を、弁作用金属の酸化物のみで
形成した場合よりも著しく向上できるのである。[Function] As described above, the anode body is made porous by adding a different metal to the valve metal powder, so that the oxide of the valve action metal formed on the surface of each powder in the anode body is formed. Since a certain dielectric layer contains the oxide of the dissimilar metal, the relative dielectric constant of the dielectric layer is
As compared with the conventional case, the dielectric layer can be significantly improved as compared with the case where the dielectric layer is formed only of the oxide of the valve metal.
【0009】この場合において、弁作用金属としてタン
タルを使用するときには、異種金属としてはチタン、バ
ナジウム、ニオブ、タングステン又はジルコニウムを使
用することが好ましい。一方、多孔質の陽極体を、弁作
用金属の粉末に異種金属を加えたものに構成するに際し
ては、弁作用金属と異種金属との合金粉末を使用した
り、又は、表面に異種金属の薄膜を形成した弁作用金属
の粉末を使用したりすることができるほか、多孔質の陽
極体を、弁作用金属の粉末に異種金属の粉末を混合して
固め成形したのち焼結したものにするとか、又は、弁作
用金属の粉末に異種金属の酸化物の粉末を混合して固め
成形したのち焼結したものにすることができるのであ
る。In this case, when tantalum is used as the valve metal, it is preferable to use titanium, vanadium, niobium, tungsten or zirconium as the dissimilar metal. On the other hand, when the porous anode body is formed by adding a different metal to a valve metal powder, an alloy powder of the valve metal and the different metal is used, or a thin film of the different metal is formed on the surface. In addition to the use of valve-action metal powder that forms a solid, the porous anode body is made by mixing a valve-action metal powder with a dissimilar metal powder, solidifying the mixture, and then sintering it. Alternatively, it is possible to mix the powder of the valve metal with the powder of the oxide of the dissimilar metal, compact the mixture, and then sinter it.
【0010】[0010]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、タ
ンタル固体電解コンデンサを製造する場合について説明
する。弁作用金属であるタンタルの粉末に、異種金属で
あることろのチタンの粉末を適宜比率で混合し、この混
合粉末を、図1に示すように、チップ状に固め成形した
のち、真空中又は希薄酸素の雰囲気中で高い温度に加熱
して各粉末を焼結することにより、多孔質の陽極体1を
構成する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described for the case of manufacturing a tantalum solid electrolytic capacitor. Tantalum powder, which is a valve metal, is mixed with titanium powder, which is a dissimilar metal, at an appropriate ratio, and as shown in FIG. The porous anode body 1 is formed by sintering each powder by heating to a high temperature in a dilute oxygen atmosphere.
【0011】なお、この陽極体1には、弁作用金属と同
じタンタル製の陽極ワイヤ2が突出しており、この陽極
ワイヤ2は、粉末を固め成形するときにおいて埋設され
るか、焼結した後における陽極体1に対して溶接等に固
着される。次いで、前記多孔質の陽極体1を、図2に示
すように、0.1wt%のりん酸水溶液Aに浸漬した状
態で、直流電流を印加して陽極酸化処理を行うことによ
り、当該陽極体1における各タンタル粉末の表面、及
び、陽極ワイヤ2の付け根の部分に、五酸化タンタルの
誘電体層3を形成するのであるが、前記陽極体1には、
異種金属であるチタンの粉末が予め混合されていること
により、前記誘電体層3を、前記五酸化タンタルにチタ
ンの酸化物を含んだものとして形成することができる。An anode wire 2 made of tantalum, which is the same as the valve metal, protrudes from the anode body 1. The anode wire 2 is buried when powder is compacted and molded, or after sintering. Is fixed to the anode body 1 by welding or the like. Next, as shown in FIG. 2, the porous anode body 1 is immersed in a 0.1 wt% aqueous solution of phosphoric acid A, and is subjected to an anodic oxidation treatment by applying a direct current, thereby obtaining the anode body. The tantalum pentoxide dielectric layer 3 is formed on the surface of each tantalum powder and the base of the anode wire 2 in 1. In the anode body 1,
The dielectric layer 3 can be formed as a mixture of the tantalum pentoxide and the oxide of titanium, because the powder of titanium as a dissimilar metal is mixed in advance.
【0012】このように、誘電体層4を、弁作用金属の
酸化物に異種金属の酸化物を含んだものとして形成する
ことにより、当該誘電体層4における比誘電率を、この
誘電体層を弁作用金属の酸化物のみで形成した場合より
も大幅に向上できるのである。すなわち、本発明者達の
実験によると、前記陽極体1における幅寸法W及び奥行
き寸法Sの各々を1mmに、高さ寸法Hを1mmにした
場合において、前記陽極体1を、タンタルの粉末のみで
構成して、これに前記陽極酸化処理を施すことによって
五酸化タンタルの誘電体層を形成した場合と、前記陽極
体1を、タンタルの粉末にチタンの粉末を8wt%だけ
混合したもので構成して、これに前記陽極酸化処理を施
すことによってチタンの酸化物を含む五酸化タンタルの
誘電体層を形成した場合との両方について、その各々の
静電容量を10%のりん酸水溶液中で測定すると言う実
験を行ったところ、陽極体1をチタン粉末のみで構成し
た場合の静電容量は10μFであったが、8wt%のチ
タン粉末を混合した場合の静電容量は48μFに達し、
誘電体層3における比誘電率を、8wt%のチタン粉末
を加えることによって、約5倍にも向上できるのであっ
た。As described above, by forming the dielectric layer 4 as an oxide of a valve metal containing an oxide of a different metal, the relative dielectric constant of the dielectric layer 4 can be reduced. Can be greatly improved as compared with the case where the oxide is formed only by the oxide of the valve metal. That is, according to the experiments of the present inventors, when each of the width dimension W and the depth dimension S of the anode body 1 is set to 1 mm and the height dimension H is set to 1 mm, the anode body 1 is made of only tantalum powder. And a case where a dielectric layer of tantalum pentoxide is formed by performing the above-described anodic oxidation treatment, and a case where the anode body 1 is formed by mixing 8 wt% of titanium powder with tantalum powder. The electrostatic capacity of each of the anodizing treatment and that of forming a dielectric layer of tantalum pentoxide containing a titanium oxide in a 10% aqueous phosphoric acid solution When an experiment of measuring was performed, the capacitance when the anode body 1 was composed of only titanium powder was 10 μF, but the capacitance when 8 wt% titanium powder was mixed reached 48 μF. And
By adding 8 wt% of titanium powder, the relative dielectric constant of the dielectric layer 3 could be improved to about 5 times.
【0013】次いで、前記のようにして誘電体層3を形
成した陽極体1は、硝酸マンガン水溶液に浸漬して、硝
酸マンガン水溶液が陽極体1の内部まで浸透させたのち
引き揚げて焼成することを複数回にわたって繰り返すこ
とにより、図3に示すように、前記陽極体1の表面に、
二酸化マンガン等の金属酸化物による固体電解質層4を
形成するか、この固体電解質層4を、有機半導体膜とし
て化学重合方法又は電解酸化重合方法或いは気相重合方
法によって形成する。Next, the anode body 1 on which the dielectric layer 3 is formed as described above is immersed in an aqueous solution of manganese nitrate, and after the aqueous solution of manganese nitrate penetrates into the inside of the anode body 1, it is pulled up and fired. By repeating over a plurality of times, as shown in FIG.
The solid electrolyte layer 4 is formed of a metal oxide such as manganese dioxide, or the solid electrolyte layer 4 is formed as an organic semiconductor film by a chemical polymerization method, an electrolytic oxidation polymerization method, or a gas phase polymerization method.
【0014】そして、前記固体電解質層4の表面に、図
4に示すように、グラファイト層5を形成したのち、こ
のグラファイト層5の表面に、図5に示すように、銀又
はニッケル等の金属による陰極膜6を形成するのであ
る。次に、本発明者達は、タンタルに8wt%のチタン
を合金化した粉末にて、前記と同様に陽極体1を構成
し、この陽極体1に、前記と同様に、陽極酸化処理を施
すことによって誘電体層3を形成して、その静電容量を
10%のりん酸水溶液中で測定すると言う実験を行った
ところ、前記と同様に、誘電体層3における比誘電率を
約5倍に向上できるのであった。After a graphite layer 5 is formed on the surface of the solid electrolyte layer 4 as shown in FIG. 4, a metal such as silver or nickel is formed on the surface of the graphite layer 5 as shown in FIG. Thus, the cathode film 6 is formed. Next, the present inventors constructed the anode body 1 in the same manner as described above using a powder obtained by alloying 8 wt% of titanium with tantalum, and performed an anodic oxidation treatment on the anode body 1 in the same manner as described above. An experiment was conducted to form a dielectric layer 3 and measure its capacitance in a 10% phosphoric acid aqueous solution. As a result, the relative dielectric constant of the dielectric layer 3 was increased by about 5 times as described above. Could be improved.
【0015】また、本発明者達は、タンタルの粉末に、
酸化チタンの粉末をタンタルに対してチタンが8wt%
になるように混合し、この混合粉末にて、前記と同様に
陽極体1を構成し、この陽極体1に、前記と同様に、陽
極酸化処理を施すことによって誘電体層3を形成して、
その静電容量を10%のりん酸水溶液中で測定すると言
う実験を行ったところ、前記と同様に、誘電体層3にお
ける比誘電率を約5倍に向上できるのであった。Further, the present inventors have proposed that tantalum powder
8 wt% of titanium oxide powder based on tantalum
The mixed powder is used to form the anode body 1 in the same manner as described above, and the anode body 1 is subjected to anodizing treatment as described above to form the dielectric layer 3. ,
An experiment was conducted in which the capacitance was measured in a 10% aqueous solution of phosphoric acid. As a result, the relative dielectric constant of the dielectric layer 3 could be improved to about 5 times as described above.
【0016】更にまた、本発明者達は、タンタル粉末の
表面に、チタンの薄膜を真空蒸着にて、チタンがタンタ
ルに対して8wt%になるように形成し、この粉末に
て、前記と同様に陽極体1を構成し、この陽極体1に、
前記と同様に、陽極酸化処理を施すことによって誘電体
層3を形成して、その静電容量を10%のりん酸水溶液
中で測定すると言う実験を行ったところ、前記と同様
に、誘電体層3における比誘電率を約5倍に向上できる
のであった。Furthermore, the present inventors formed a thin film of titanium on the surface of the tantalum powder by vacuum evaporation so that titanium was 8 wt% with respect to the tantalum, and this powder was used in the same manner as described above. The anode body 1 is constituted as follows.
As described above, an experiment was performed in which the dielectric layer 3 was formed by performing anodizing treatment and the capacitance was measured in a 10% phosphoric acid aqueous solution. The relative dielectric constant of the layer 3 could be improved about five times.
【0017】この場合において、タンタル粉末の表面
に、チタンの薄膜を形成するには、真空蒸着による方法
に代えて、スパッタリング又はイオンプレーティングに
よる方法を適用しても良い。なお、本発明者達の実験に
よると、異種金属として、前記したようにチタンを使用
することに代えて、バナジウム、ニオブ、タングステン
又はジルコニウムを使用した場合にも、誘電体層におけ
る比誘電率を、前記チタンを使用する場合と略同様の値
まで向上できるのであった。In this case, in order to form a titanium thin film on the surface of the tantalum powder, a method using sputtering or ion plating may be applied instead of a method using vacuum deposition. According to the experiments performed by the present inventors, the relative dielectric constant of the dielectric layer was also changed when vanadium, niobium, tungsten or zirconium was used instead of using titanium as described above as a dissimilar metal. Thus, the value can be improved to substantially the same value as when using titanium.
【0018】[0018]
【発明の効果】このように、本発明によると、誘電体層
における比誘電率を、弁作用金属の材質が決まる値より
も著しく向上できるから、固体電解コンデンサにおける
大幅な小型化と、大容量化とを確実に達成できる効果を
有する。As described above, according to the present invention, the relative dielectric constant of the dielectric layer can be significantly improved from the value determined by the material of the valve metal, so that the size of the solid electrolytic capacitor can be significantly reduced and the capacity can be increased. Has the effect of reliably achieving
【図1】陽極体の斜視図である。FIG. 1 is a perspective view of an anode body.
【図2】前記陽極体に陽極酸化処理を施している状態を
示す図である。FIG. 2 is a view showing a state in which an anodic oxidation treatment is applied to the anode body.
【図3】前記陽極体に固体電解質層を形成した状態の縦
断正面図である。FIG. 3 is a vertical sectional front view showing a state where a solid electrolyte layer is formed on the anode body.
【図4】前記陽極体にグラファイト層を形成した状態の
縦断正面図である。FIG. 4 is a vertical sectional front view showing a state where a graphite layer is formed on the anode body.
【図5】前記陽極体に陰極膜を形成した状態の縦断正面
図である。FIG. 5 is a vertical sectional front view showing a state where a cathode film is formed on the anode body.
1 陽極体 2 陽極ワイヤ 3 誘電体層 4 固体電解質層 5 グラファイト層 6 陰極膜 Reference Signs List 1 anode body 2 anode wire 3 dielectric layer 4 solid electrolyte layer 5 graphite layer 6 cathode film
Claims (5)
質に構成した陽極体と、この陽極体における粉末の表面
に形成した金属酸化物による誘電体層と、この誘電体層
の表面に形成した固体電解質層と、この固体電解質層の
表面に形成した陰極膜とから成ることを特徴とする固体
電解コンデンサの構造。1. A porous anode body made by adding a dissimilar metal to a valve metal powder, a dielectric layer of metal oxide formed on the surface of the powder in the anode body, and a surface of the dielectric layer And a cathode film formed on the surface of the solid electrolyte layer.
成形したのち多孔質の陽極体に焼結する工程と、前記陽
極体における各粉末の表面に金属酸化物による誘電体層
を形成する工程と、この誘電体層の表面に固体電解質層
を形成する工程と、この電解質層に対して陰極膜を形成
する工程とを有することを特徴とする固体電解コンデン
サの製造方法。2. A step of solidifying and molding an alloy powder of a valve metal and a dissimilar metal and then sintering the same into a porous anode body, and forming a dielectric layer of a metal oxide on the surface of each powder in the anode body. And forming a solid electrolyte layer on the surface of the dielectric layer, and forming a cathode film on the electrolyte layer.
属の粉末を固め成形したのち多孔質の陽極体に焼結する
工程と、前記陽極体における粉末の表面に金属酸化物に
よる誘電体層を形成する工程と、この誘電体層の表面に
固体電解質層を形成する工程と、この電解質層に対して
陰極膜を形成する工程とを有することを特徴とする固体
電解コンデンサの製造方法。3. A step of solidifying a valve metal powder having a thin film of a dissimilar metal formed on its surface and then sintering it into a porous anode body; A method for manufacturing a solid electrolytic capacitor, comprising: a step of forming a layer; a step of forming a solid electrolyte layer on a surface of the dielectric layer; and a step of forming a cathode film on the electrolyte layer.
して固め成形したのち多孔質の陽極体に焼結する工程
と、前記陽極体における粉末の表面に金属酸化物による
誘電体層を形成する工程と、この誘電体層の表面に固体
電解質層を形成する工程と、この電解質層に対して陰極
膜を形成する工程とを有することを特徴とする固体電解
コンデンサの製造方法。4. A step of mixing a powder of a valve metal with a powder of a dissimilar metal, compacting the mixture, and sintering the mixture into a porous anode body; and forming a dielectric layer of metal oxide on the surface of the powder in the anode body. Forming a solid electrolyte layer on the surface of the dielectric layer, and forming a cathode film on the electrolyte layer.
末を混合して固め成形したのち多孔質の陽極体に焼結す
る工程と、前記陽極体における粉末の表面に金属酸化物
による誘電体層を形成する工程と、この誘電体層の表面
に固体電解質層を形成する工程と、この電解質層に対し
て陰極膜を形成する工程とを有することを特徴とする固
体電解コンデンサの製造方法。5. A step of mixing powder of a metal having a different effect with oxide of a valve metal and solidifying the mixture, followed by sintering to a porous anode body, and using a metal oxide on the surface of the powder in the anode body. Manufacturing a solid electrolytic capacitor, comprising: forming a dielectric layer; forming a solid electrolyte layer on a surface of the dielectric layer; and forming a cathode film on the electrolyte layer. Method.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP20575396A JPH1050562A (en) | 1996-08-05 | 1996-08-05 | Structure of solid state electrolytic capacitor and manufacture thereof |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP20575396A JPH1050562A (en) | 1996-08-05 | 1996-08-05 | Structure of solid state electrolytic capacitor and manufacture thereof |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH1050562A true JPH1050562A (en) | 1998-02-20 |
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ID=16512098
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP20575396A Pending JPH1050562A (en) | 1996-08-05 | 1996-08-05 | Structure of solid state electrolytic capacitor and manufacture thereof |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH1050562A (en) |
-
1996
- 1996-08-05 JP JP20575396A patent/JPH1050562A/en active Pending
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